Древо со знанием: ученые раскрыли тайну появления карельской березы

Источник: IZ.ru

Российские ученые обнаружили ген, мутации в котором приводят к формированию уникальных свойств карельской березы. Также исследователи предложили метод генетического анализа, благодаря которому можно отличить этот вид от обычной березы всего за три часа. На сегодняшний момент селекционерам для этого приходится ждать минимум восемь лет, пока у дерева не проявятся характерные внешние признаки. По мнению экспертов, технология открывает возможность искусственного разведения саженцев на плантациях. Сейчас им не занимаются из-за слишком сложной методики скрещивания. А дизайнеры и производители мебели крайне заинтересованы в красивом и качественном материале.

Специалисты Сколтеха вместе с коллегами из Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета и Института леса Карельского научного центра РАН обнаружили, что причиной развития уникальных свойств карельской березы служит генетическая мутация. Ответить на вопрос о причинах возникновения этого дерева ученые не могли более века. Исследователям также удалось найти разницу в геномах карельской и обычной белоствольной березы, что позволит выявлять растение уже на первых этапах жизни побега с помощью метода полимеразной цепной реакции (ПЦР). Сейчас обнаружить ее можно было только по внешним признакам, которые проявляются спустя восемь и более лет жизни.

— Вероятнее всего, это мутация в одном гене, и мы знаем, на какой хромосоме он расположен. Мы предполагаем, что из-за «поломки» в этом локусе нарушается нормальное образование ксилемы — основной водопроводящей ткани в растении — и проявляется фенотип карельской березы с ее узорчатостью,— сказала профессор Центра агротехнологий Сколтеха Елена Потокина.

СПРАВКА «ИЗВЕСТИЙ»

Карельская береза — особо ценная порода древесины. Благодаря ее красивым оттенкам, узорчатости и прочности материал используют с XVIII века в производстве мебели, которой обставляли даже царские палаты. В отличие от белоствольной березы, это низкорослое извилистое дерево с буграми и вздутиями. Ученые долго не могли ответить на вопрос, почему какие-то из растений приобретают эти свойства, а другие нет.

Распознать карельскую березу можно двумя способами: либо увидеть узорчатость на спиле, либо определить на глаз по особенностям ствола — вторым способом часто пользуются опытные лесники. Даже если получить семена путем скрещивания двух деревьев этого вида, спустя десять лет среди всех них карельскими могут оказаться всего 60%.

— Мы получили от коллег список фенотипов — всего было около 200 деревьев — и листья карельской березы, из которых мы выделили ДНК. Специалистам удалось уберечь две популяции потомков от скрещивания. Одну популяцию вырастили до 16-летнего возраста, а другую — до 35-летнего, — сказала Елена Потокина.

Специалисты провели секвенирование полученных образцов, обнаружили в них мутации и проанализировали структуру популяции. Исследование показало, что признаки карельской березы появляются из-за изменений в генах, а не влияния условий окружающей среды.

ПЦР для дерева

Ученые также нашли молекулярный маркер, который позволяет узнать, является ли береза карельской, всего за три часа с помощью ПЦР-теста. На десятой хромосоме, в участке, где располагается вероятный ген-кандидат, выявлено большое количество вставок и выпадений, так называемых делеций.

— Мы сравнили этот участок генома у карельской и обыкновенной берез и обнаружили, что первая отличается многочисленными делециями. Коллеги предполагают, что это из-за высокой активности так называемых мобильных элементов ДНК, или транспозонов, — они перемещаются по геному и активируются разными факторами. У обыкновенных берез этот участок длинный, а у карельских — короткий из-за делеций. Эту разницу легко «поймать» с помощью простой ПЦР. Получается, что теперь, чтобы сказать, карельская эта береза или нет, достаточно выделить ДНК, провести ПЦР-тест с праймерами, которые мы нашли, и через три часа будет результат. На примере нашей выборки в 92% случаев тест дал верную диагностику, — сказал выпускник аспирантуры Сколтеха по программе «Науки о жизни» Рим Губаев.

Как пояснила Елена Потокина, благодаря открытию индустрия получила технологию, с помощью которой на любой стадии развития растения — хоть на месячном проростке — можно понять, проявится ли через десятилетия у данного дерева карельский фенотип или нет, и можно решить, стоит ли брать его в плантацию. Это ключ к созданию промышленных плантаций этих берез. Исследователи надеются, что таким образом удастся уберечь от вырубки эту ценную, редкую, краснокнижную разновидность в местах ее естественного произрастания.

Карельская береза очень трудно размножается, отметил доцент кафедры декоративного садоводства и газоноведения РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева Антон Чудецкий. Обычно ее разводят, чтобы сохранить характерные признаки: наплывы, вздутия, аномалии ствола и уникальную структуру древесины. Однако, чтобы ее получить, используют сложный и трудоемкий метод прививки, который можно применять только в определенный сезон года. При попытке выращивать дерево с помощью семян в 75% вырастают обычные березы. А понять это можно через долгие годы, когда проявились внешние признаки.

— Сейчас нет питомников, где карельскую березу выращивают в декоративных целях. Делать это с помощью прививки слишком трудно. Но если бы там знали, что из побега вырастет именно это дерево, конечно, они бы брали такие саженцы. Для промышленного производства это слишком трудно обрабатываемая древесина, но для штучного — дерево было бы востребовано. К тому же, если бы их выращивали в больших масштабах, цена бы снизилась. А сегодня это особенно важно в контексте импортозамещения для производства мебели, — сказал Антон Чудецкий.

Помимо красивого рисунка, карельская береза отличается еще высокой плотностью, что делает ее привлекательной для производителей мебели, считает основатель дизайн-бюро Виктория Киорсак.

— У древесины есть одна проблема, особенно при работе с массивом ценных пород. В неудовлетворительных условиях она может рассыхаться. А карельская береза славится стабильностью. Плюс у нее красивая текстура. Конечно, она подходит не для любых проектов. Можно делать какие-то дизайнерские решения со шпоном или если правильно укладывать красивый радиальный срез, — сказала Виктория Корсак.

По ее словам, если этот вид древесины станет более доступным и будет обладать хорошими техническими характеристиками, он обязательно будет востребован производителями мебели и дизайнерами.

Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81